JP2013217965A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実用性の向上を図りつつ、波長の合分波を簡易な手段によって行うマルチコアファイバ結合装置を提供する。
【解決手段】マルチコアファイバ結合装置１００は、波長分散素子３０を介してマルチコアファイバ１０をシングルコアファイバ２０に結合する装置である。結合装置１００は、マルチコアファイバ１０の複数のコアから射出される複数のビームの光軸上に位置し、各ビームの光路を波長分散素子３０側において互いに離間した状態とする第1の光学系Ｓ１と、第１の光学系Ｓ１と波長分散素子３０との間に位置し、第１の光学系Ｓ１側において互いに離間した状態である複数のビームの光路を波長分散素子３０側においてマルチコアファイバ１０の光軸と略平行な状態とする第２の光学系とを備えている。結合装置１００では、第２の光学系Ｓ２を通過後のビームを波長分散素子３０に導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチコアファイバなどの光素子に複数のシングルコアファイバなどの光学部品を結合する光学装置に関する。

マルチコアファイバに複数のシングルコアファイバを結合するマルチコアファイバ結合装置が知られている。例えば、特許文献１には、マルチコアファイバを分岐するために、２つのコアを有するマルチコアファイバと、２本のシングルコアファイバとの間にレンズを介在させた装置が開示されている。この装置におけるレンズは、マルチコアファイバから射出された複数のビームを、互いに離間するように、マルチコアファイバの光軸に対して傾斜する方向に偏向させる。

特開昭６０−２１２７１０号公報

上述した従来技術では、レンズによってマルチコアファイバのビームが傾斜されるため、その傾斜に合わせるように、シングルコアファイバを傾斜させて配置する必要があった。この場合、マルチコアファイバとシングルコアファイバとの角度調整及び位置合わせが非常に困難となり、実用性に欠けていた。また、上述した従来技術では、出射ビームが異なる方向に進行するため、単独の波長分散素子を用いてビームの波長を合分波することが困難であった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、実用性の向上を図りつつ、波長の合分波を簡易な手段によって行うことができる光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学装置は、互いに平行な光軸を有する複数の光入出力部を有する光素子を波長分散素子を介して他の光学部品に結合する光学装置である。光学装置は、光素子の複数の光入出力部に対して入出射される複数のビームの光軸上に位置し、各ビームの光軸を、互いに平行と異ならせることにより、波長分散素子側において互いに離間した状態とする第１の光学系と、第１の光学系と波長分散素子との間に位置し、第１の光学系側において互いに平行と異なる状態である複数のビームの光軸を波長分散素子側において互いに略平行な状態とする第２の光学系とを備えている。この光学装置では、第２の光学系を通過後のビームを波長分散素子に導入し及び／又は波長分散素子からのビームを第２の光学系へ入射させることを特徴としている。

この光学装置では、第１の光学系によって同光学系の波長分散素子側において各ビームの光路が互いに離間した状態にされると共に、第２の光学系によって同光学系の波長分散素子側において各ビームの光軸が互いに略平行な状態にされている。そして、光軸と略平行な状態とされた各ビームを波長分散素子に導入したり、波長分散素子からの当該ビームを第２の光学系へと入射させるようにしている。この場合、第２の光学系の波長分散素子側において各ビームの光路が互いに略平行な状態とされているため、それらの光路上に単独の波長分散素子を配置するといった簡易な手段によって波長の合分波を容易に行うことができる。また、第２の光学系の波長分散素子側における各ビームの光路をマルチコアファイバの光軸と略平行とした場合、シングルコアファイバ等の他の部品をマルチコアファイバ等の光素子に対して傾斜させる必要がなくなるため、調心及び位置決めの容易性が高まるとともに、光学装置全体の寸法を小型とするのに有利である。

上記光学装置において、第２の光学系を通過するビームが複数あり、複数のビームのうち少なくとも２つのビームが波長分散素子に導入される態様であってもよい。

上記光学装置において、第２の光学系は、第１の光学系により互いに離間した状態とされた複数のビームの各々を空間的に分離させて波長分散素子に入射させる態様であってもよい。

上記光学装置において、光素子の複数の光入出力部に対して入出射される複数のビームの光軸の配列方向が波長分散素子によってビームが分光される分光方向と異なっていてもよい。この場合、波長分散素子によって各ビームの波長が分散等しても、分散されたビーム間でのクロストーク等の発生を抑制することができる。

上述したように配列方向と分光方向とを異ならせるために、光素子の複数の光入出力部が波長分散素子の分光方向と非平行な方向に配置されるように第１の光学系と光素子とが結合されるようにしてもよい。また、光素子の複数の光入出力部に対して入射出する複数のビームの光軸の配列方向が波長分散素子によってビームが分光される分光方向と異なるように波長分散素子に入出射する複数のビームの空間座標を曲げるミラーを上記光学装置が更に備え、当該ミラーが複数のビームの光路上に配置されるようにしてもよい。

上記光学装置において、光素子は、複数の光入出力部の光軸間隔が１００μｍ以下であってもよいし、複数の光入出力部の光軸間隔が５０μｍ以下のマルチコアファイバであってもよい。また、第１の光学系が単眼レンズであってもよいし、第２の光学系が複数の光学要素で構成される複眼レンズであってもよい。また、第２の光学系は、第１の光学系により互いに離間された複数のビームをコリメートするコリメートレンズを含み、波長分散素子に入射される複数のビームのそれぞれが略コリメートビームであってもよい。

上記光学装置において、第２の光学系の収差が補正可能であってもよい。この場合、例えば第２の光学系の一部分は、他の光学部品との相対位置が他の部分と変えられており、第２の光学系の収差が補正されていてもよい。また、第１及び第２の光学系が一つの光学部品として一体的に構成されていてもよい。さらに、第１及び第２の光学系の少なくとも一方がＧＲＩＮレンズであってもよい。

上述した何れかの光学装置を光合波器や光分波器に適用してもよいし、波長選択スイッチや波長ブロッカに適用してもよい。波長選択スイッチに適用した場合、上述した何れかの光学装置を含む波長選択スイッチでは、複数の光入出力部は、少なくとも一つの入力ポート及び出力ポートを含み、他の光学部品は、所定の波長成分信号光を所定の出力ポートに偏向して結合させる空間変調素子であってもよい。また、波長ブロッカに適用した場合、上述した何れかの光学装置を含む波長選択ブロッカでは、複数の光入出力部は、少なくとも一つの入力ポート及び／または出力ポートを含み、他の光学部品は、所定の波長成分信号光を遮蔽する遮蔽素子であってもよい。

本発明によれば、実用性の向上を図りつつ、波長の合分波を簡易な手段によって行うことができる光学装置が提供される。

第１実施形態に係る光学装置を示した概略構成図である。 マルチコアファイバ（光素子）の端面構成を示した端面図である。 マルチコアファイバ（光素子）の端面においてビーム間隔を拡大する態様を示した図である。 第２実施形態に係る光学装置を示した概略構成図である。 第３実施形態に係る光学装置を示した概略構成図である。 第４実施形態に係る光学装置を示した概略構成図である。 第５実施形態に係る光学装置を示した概略構成図である。 光学装置を波長ブロッカに適用した例を示す図である。 別のマルチコアファイバ（光素子）の端面構成を示した端面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）

まず、本発明の第１実施形態に係る光学装置１００について、図１を参照しつつ説明する。

図１に示すように、光学装置１００は、波長多重光信号を伝搬するために、マルチコアファイバ１０（光素子）とシングルコアファイバ２０（他の光学部品）を結合する装置であり、第１の光学系Ｓ１と第２の光学系Ｓ２とを備えて構成されている。以下、光素子としてマルチコアファイバを用いた本発明に含まれる光学装置をマルチコアファイバ結合装置と称する。マルチコアファイバ結合装置１００は、波長分散素子３０と集光レンズ４０とを介してマルチコアファイバ１０をシングルコアファイバ２０に光学的に結合する。

具体的には、マルチコアファイバ１０の各コアから入出射される光は波長多重信号光であり、各シングルコアファイバ２０のコアから入出射される光は所定の波長成分信号光である。そして、マルチコアファイバ結合装置１００を分波器として用いる場合には、マルチコアファイバ１０の各コアから出射されるそれぞれの波長多重信号光を波長分散素子３０において所定の波長成分信号に分散して、当該所定の波長成分信号をそれぞれ対応するシングルコアファイバ２０に光学的に結合される。また、マルチコアファイバ結合装置１００を合波器として用いる場合には、各シングルコアファイバ２０のコアから出射される光を波長分散素子３０において波長多重成分信号光に合波して、当該所定の波長多重成分信号光を対応するマルチコアファイバ１０のコアに光学的に結合する。

本実施形態において用いるマルチコアファイバ１０は、３つのコア１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有するものであり、その射出端面１０ａからは光軸を互いに平行とする３本のビームが射出される。より具体的には、３つのコア１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、図２に示されるように、端面１０ａにおける中心点とその上下の点との位置にあり、図示Ｚ方向に沿って配置されている。マルチコアファイバ１０において、隣り合うコアの間隔（すなわち、射出端面１０ａにおけるビーム間隔）は同一で、たとえば０．０４５ｍｍ程度となっている。なお、マルチコアファイバ１０のクラッド径はφ０．１５ｍｍ程度である。

第１の光学系Ｓ１は、マルチコアファイバ１０側に位置しており、１つのレンズＬ１を含んで構成されている。レンズＬ１は、マルチコアファイバ１０の射出端部の軸線上において、マルチコアファイバ１０の端面１０ａと対面するように配置されている。図１に示すように、このレンズＬ１は、マルチコアファイバ１０の端面１０ａから、レンズＬ１の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。マルチコアファイバ１０の各コアから出射された、互いに平行な光軸を有するビームは、レンズＬ１において光軸を互いに平行と異ならせる。レンズＬ１を透過した複数のビームは、レンズＬ１と第２の光学系Ｓ２との間に設けられた所定の距離を伝搬する過程において、一旦ビーム間隔が縮められた後、Ｚ方向に互いに離間して、第１の光学系Ｓ１から離れるにつれてＺ方向（配列方向）におけるビーム間隔が拡大される。

レンズＬ１は、マルチコアファイバ１０の各コアから出射された互いに平行な光軸を有するビームについて、光軸を互いに平行と異ならせる作用を奏するものであれば良く、例えば集光レンズを用いることができる。しかし、レンズＬ１を透過した複数のビームが、レンズＬ１と第２の光学系Ｓ２との間に設けられた所定の距離を伝搬する過程において互いにクロストークが生じることがないよう略平行なビームとすることが好ましく、レンズＬ１はコリメートレンズであることが好ましい。

第２の光学系Ｓ２は、第１の光学系Ｓ１に対してシングルコアファイバ２０及び波長分散素子３０側に位置しており、レンズＬ２を含んで構成されている。レンズＬ２は、レンズＬ１と同様に、マルチコアファイバ１０の射出端部の軸線上において、マルチコアファイバ１０の端面１０ａと対面するように配置されている。図１に示すように、レンズＬ２は、レンズＬ１から、レンズＬ１の焦点距離とレンズＬ２の焦点距離の和だけ離れた位置に配置されている。

レンズＬ２を透過した複数のビームは、レンズＬ１により互いに離間された複数のビーム全てを、互いに平行な方向（すなわち、本図においてはマルチコアファイバ１０の端面１０ａと直交するＹ軸の方向、マルチコアファイバ１０の端面１０ａとシングルコアファイバ２０の端面２０ａとの対面方向）に偏向される。第２の光学系Ｓ２は、偏向されたビームの各々を空間的に分離させて波長分散素子３０に導入させる。

レンズＬ２は、第１の光学系Ｓ１において互いに平行と異なる光軸を有するよう光路変換されたビームを、互いに平行な光軸を有するよう変換する作用を奏するものであればよい。一方、第２の光学系Ｓ２から出射された光は波長分散素子３０に導入されるから、第２の光学系Ｓ２から出射されるビームは平行光であることが好ましい。即ち、レンズＬ１が集光レンズである場合には、レンズＬ２はコリメートレンズであることが好ましく、レンズＬ１がコリメートレンズである場合には、レンズＬ２は複数（典型的には２つ）のコリメートレンズの組み合わせからなるレンズ系、または、ビーム発散角を変化させることなくビーム進行方向を偏向するプリズムであることが好ましい。

波長分散素子３０は、マルチコアファイバ結合装置１００とシングルコアファイバ２０との間に位置しており、例えば回折格子で構成されている。波長分散素子３０は、レンズＬ１及びレンズＬ２と同様に、マルチコアファイバ１０の射出端部の軸線上において、マルチコアファイバ１０の端面１０ａと対面するように配置されている。波長分散素子３０は、入射された波長多重信号光を所定の波長成分（例えばλ１，λ２，λ３）に分散する素子であり、波長の分散方向が図１においてＸ方向に広がるように（例えば回折格子の溝をＺ方向に形成する）、マルチコアファイバ結合装置１００に対して配置されている。なお、マルチコアファイバ結合装置１００の第１の光学系Ｓ１とマルチコアファイバ１０とは、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄが波長分散素子３０の分光方向と非平行な方向、すなわち分光方向に対して垂直なＺ軸方向に配置されるように、結合されている。

このように、本実施形態では、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄから射出される複数のビームの光軸の配列方向（Ｚ方向）が、波長分散素子３０によって入力ビームが分散される方向（Ｘ方向）と異なるようになっている。そして、レンズＬ２を透過した複数のビームは、波長分散素子３０に入射されると、波長分散素子３０により各波長多重信号光がＸ軸方向に、所定波長成分ごとに分光される。波長分散素子３０によって分光された各波長の光は、集光レンズ４０に入射される。

集光レンズ４０は、波長分散素子３０とシングルコアファイバ２０との間に位置しており、入射されたそれぞれの所定波長成分光を所定の焦点に集光するように波長分散素子３０と対面して配置されている。集光レンズ４０は、シングルコアファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３の端面２０ａ−１〜３，２０ｂ−１〜３，２０ｃ−１〜３から、集光レンズ４０の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。そして、集光レンズ４０を透過したビームが各シングルコアファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３に入射される。

シングルコアファイバ２０は、波長分散素子３０から出射される所定波長成分信号光と、集光レンズ４０を介してそれぞれ光結合されるよう配置されている。即ち、マルチコアファイバ１０のコア１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの数と、それぞれの波長多重成分信号が有する所定波長成分信号光の数との積に対応する分のファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３が用意される。これら９本のシングルコアファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３は、互いに略平行な光軸を有するように配置されている。このシングルコアファイバ２０は、実装時のトレランス拡大等のために、端部のモードフィールド径（ＭＦＤ）を局所的に拡大させたＴＥＣファイバ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）を用いても良い。

図１に示す典型的な例においては、各受光端面２０ａ−１〜３，２０ｂ−１〜３，２０ｃ−１〜３は、マルチコアファイバ１０の射出端面１０ａと平行に、同一平面上に配置されている。また、その端部は、マルチコアファイバ１０に対して傾斜しておらず、マルチコアファイバ１０の延在方向に平行に配置され、マルチコアファイバ１０の光軸と各シングルコアファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３の光軸とが平行になっているが、光学系の設計に応じて適宜変更することが可能である。

以上、説明したとおり、マルチコアファイバ結合装置１００においては、マルチコアファイバ１０の互いに略平行な光軸を有するコア１０ｂ〜ｄから出射された、互いに略平行な光軸を有するビーム（波長多重信号光）は、第１の光学系Ｓ１によって該光学系Ｓ１の波長分散素子３０側において各ビームの光軸を、互いに平行と異ならせることにより、互いに離間した状態にされると共に、第２の光学系Ｌ２によって該光学系Ｓ２の波長分散素子３０側において各ビームの光軸が互いに略平行な状態にされている。そして、光軸と略平行な状態とされた各ビームを波長分散素子３０に導入している。このように、第２の光学系Ｓ２の波長分散素子３０側において各ビームの光軸が略平行な状態とされているため、それらの光路上に単独の波長分散素子３０を配置するといった簡易な手段によって波長の合分波を容易に行うことができる。また、この場合、シングルコアファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３をマルチコアファイバ１０に対してそれぞれ傾斜させる必要がなくなるため、角度調整が不要となり、高い実用性を実現することもできる。

また、マルチコアファイバ結合装置１００では、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄから射出される複数のビームの光軸の配列方向（Ｚ軸）が波長分散素子３０によって各ビームが分光される分光方向（Ｘ軸）と異なっている。このため、マルチコアファイバ結合装置１００によれば、波長分散素子３０によって各ビームの波長が分散等しても、分散された波長間でのクロストーク等の発生を抑制することができる。特にマルチコアファイバ１０のように、各コア１０ｂ〜１０ｄ間が狭い（典型的にはその光軸間隔が１００μｍ以下であり、５０μｍ以下である場合に特に有効である。本実施形態では０．０４５ｍｍ程度）場合に、かかるクロストークが発生しやすいため、本実施形態によれば、クロストークの発生を好適に防止できる。

なお、上述したマルチコアファイバ結合装置１００と波長分散素子３０等とから光分波器が構成される。また、シングルコアファイバ２０Ａ−１〜３，２０Ｂ−１〜３，２０Ｃ−１〜３からマルチコアファイバ１０へ光信号を伝搬する場合には、マルチコアファイバ結合装置１００と波長分散素子３０等とから光合波器が構成される。

上述した実施形態においては、第１の光学系Ｓ１のレンズＬ１により、マルチコアファイバ１０の複数のビームを互いに離間させているが、図３に示すような態様でも複数のビームを互いに離間させることが可能である。図３の（ａ）では、端面１０ａに図示しない端面処理を施すことにより、ビームが互いに離間するビーム射出方向に調整されている。より具体的には、端面１０ａを曲面にしたり面取りしたりすることで、中心位置にあるコアの端面に対して、その周辺位置にあるコアの端面を傾斜させて、ビーム射出方向の調整がおこなわれる。その際、各コアの端面の傾き角が、ビームの広がり角の２倍以上の角度とすれば隣り合うビームは交わらない。このような発散光は、レンズＬ２としてコリメートレンズが採用されることにより、互いに平行な光軸を有する平行光を波長分散素子３０に導入することができる。

または、図３の（ｂ）に示すように、周辺位置にあるコアに対応させて、２個のガラスブロックＧ１，Ｇ２を配置し、各ガラスブロックで周辺位置にあるコアからのビームを屈折させて、マルチコアファイバ１０の複数のビームを互いに離間させることが可能である。ガラスブロックＧ１、Ｇ２は、たとえば、ビーム間隔０．０４５ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．１のときに、傾斜角θが３０度、ガラスブロック長さＤが１０μｍ程度とすることができる。なお、上述した図３の（ａ），（ｂ）に示すような変形例においては、端面１０ａやガラスブロックＧ１，Ｇ２が第１の光学系Ｓ１を構成する。
（第２実施形態）

次に、本発明の第２実施形態に係る光学装置であるマルチコアファイバ結合装置１００Ａについて、図４を参照しつつ説明する。なお、図４では、波長分散素子３０、集光レンズ４０及びシングルコアファイバ２０等は図示を省略しているが、第１実施形態と同様である。

図４に示すように、第２実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置１００Ａは、第１の実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置１００とは、第１及び第２の光学系Ｓ１，Ｓ２の構成が異なっている。すなわち、マルチコアファイバ結合装置１００Ａの第１の光学系Ｓ１は、単眼レンズであるＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）で構成されている。第１の光学系Ｓ１としてＧＲＩＮレンズＬ１を用いた場合、マルチコアファイバ１０の端面１０ａと、ＧＲＩＮレンズＬ１の端面を予め光軸に対して垂直に研磨しておくことで、マルチコアファイバ１０とＧＲＩＮレンズＬ１の角度調整が不要となり、光軸ずれのみ調整すればよいというメリットがある。さらに、マルチコアファイバ１０の端面１０ａとＧＲＩＮレンズＬ１の端面を接触または一体化させることでマルチコアファイバ端面およびＧＲＩＮレンズＬ１のマルチコアファイバ側端面における反射を抑制することができる。

また、マルチコアファイバ結合装置１００Ａの第２の光学系Ｓ２は、複眼レンズＬ２で構成される。この複眼レンズＬ２は、第１実施形態と同様、第１の光学系Ｓ１側において互いに離間した状態である複数のビームの光路を、波長分散素子３０側においてマルチコアファイバの光軸と略平行なビームになるように射出する。

このようなマルチコアファイバ結合装置１００Ａにおいても、上述した第１の実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置１００と同一または同等の効果を得ることができる。
（第３実施形態）

続いて、本発明の第３実施形態に係る光学装置であるマルチコアファイバ結合装置１００Ｂについて、図５を参照しつつ説明する。

図５に示すように、マルチコアファイバ結合装置１００Ｂは、上述した第２の実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置１００Ａとは、第２の光学系Ｓ２の構成のみが異なっている。

マルチコアファイバ結合装置１００Ｂの第２の光学系Ｓ２は、レンズアレイＬ２で構成されている。レンズアレイＬ２は、３本のビームそれぞれに対応するように、３つのレンズＬ４〜Ｌ６で構成されている。このレンズアレイＬ２は、上記実施形態と同様、第１の光学系Ｓ１側において互いに離間した状態である複数のビームの光路を、３つのレンズＬ４〜Ｌ６を用いて、波長分散素子３０側においてマルチコアファイバの光軸と略平行なビームになるように射出する。

このようなマルチコアファイバ結合装置１００Ｂにおいても、上述した第１実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置１００等と同一または同等の効果を得ることができる。また、このような構成のレンズアレイＬ２において、その一部が、シングルコアファイバ２０との相対位置が他の部分と変えられており、第２の光学系Ｌ２の収差が補正されるようにしてもよい。即ち、レンズアレイＬ２を構成する各レンズのうち、その中心から側方に位置するレンズは、端面が揃うように配置された各シングルコアファイバ２０に対して、焦点が手前に来るように集光されるから、側方に位置するレンズをシングルコアファイバ２０が位置する方向に向けて突出して形成することで、側方に位置するレンズを通ったビームがシングルコアファイバ２０の端面において焦点を結ぶように形成することが好ましい。また、このように面形状を変えることにより収差を補正してもよいが、レンズアレイＬ２における屈折率をアレイの中心部分とその中心部分から側方に位置する側方部分とで異ならせることにより、収差を補正してもよい。
（第４実施形態）

次に、本発明の第４実施形態に係る光学装置１００Ｃについて、図６を参照しつつ説明する。

図６は、本発明に係る光学装置を備えた波長選択スイッチ２００を示す。波長選択スイッチ２００は、互いに平行な光軸を有する複数の光入出力部を備えるマルチコアファイバ１０と、光学装置１００Ｃと、波長分散素子３０と、集光レンズ４０と、空間変調素子５０とを備える。図６に示す構成では、光学装置１００Ｃは、波長分散素子３０，集光レンズ４０及び空間変調素子５０に光学的に結合されている。

光学装置１００Ｃは、第１実施形態と同様の構成を備えたマルチコアファイバ結合装置を適用することができ、図６においては当該マルチコアファイバ結合装置１００Ｃを波長選択スイッチに適用した場合を示している。即ち、波長選択スイッチ２００は、複数の光入出射部を有する光素子であるマルチコアファイバ１０を備え、複数の光入出射部であるコア１０ｂ〜１０ｄは、波長多重信号光を入力する入力ポートＩｎ１と、所定の波長成分信号光を出力する複数の出力ポートＯｕｔ１、Ｏｕｔ２とを構成する。

マルチコアファイバ１０のコア１０ｃ（図６のＩｎ１）から入射されてマルチコアファイバ結合装置１００Ｃから射出されるビーム（波長多重信号光）が波長分散素子３０で分光されて、所定波長成分信号が集光レンズ４０を介して空間変調素子５０に照射される。空間変調素子５０は、所定波長成分信号光に対応して設けられており、それぞれの波長成分を所定の出力ポートに向けて切り替えることが可能な光路変換機能を有する。空間変調素子５０としては、電気的に駆動することで所定波長成分信号光の光路を機械的に切り替えることが可能なＭＥＭＳミラーや、印加電圧の付与によって屈折率を変化させることによって光路を変換することが可能な液晶空間変調素子（例えばＬＣｏＳ）を適用できる。

図６に示す空間変調素子５０はＭＥＭＳミラーであり、波長分散素子３０における波長多重信号光の分光方向に、複数のＭＥＭＳミラー５０Ａ，５０Ｂを備える。ＭＥＭＳミラー５０Ａ，５０Ｂは、ＸＺ平面において二軸方向に回動して傾斜角を変更し、反射光の光路を切り替えるミラーであり、各ＭＥＭＳミラー５０Ａ，５０Ｂの各端面５０ａ，５０ｂに照射された上記各ビームは、所定の角度で反射し、再び集光レンズ４０及び波長分散素子３０を通じて、第２の光学Ｓ２に戻る。

そして、第２の光学系Ｓ２に戻された２つのビームは、第１の光学系Ｓ１で集光されてマルチコアファイバ１０のコア１０ｂ，１０ｄに入射される（図６のＯｕｔ１，２）。このようにして、本実施形態では、入射された光から所定の選択された波長を取り出することができる。

このように、マルチコアファイバ結合装置１００Ｃにおいては、第１実施形態等と同様に、第１の光学系Ｓ１によって該光学系Ｓ１の波長分散素子３０側において各ビームの光路が互いに離間した状態にされると共に、第２の光学系Ｓ２によって該光学系Ｓ２の波長分散素子３０側において各ビームの光軸が略平行な状態にされている。そして、光軸が略平行な状態とされた各ビームを波長分散素子３０に導入したり、波長分散素子３０からの各ビームを第２の光学系Ｓ２に入射させたりしている。このように、第２の光学系Ｓ２の波長分散素子３０側において各ビームの光路がマルチコアファイバ１０の光軸と略平行な状態とされているため、それらの光路上に単独の波長分散素子３０を配置するといった簡易な手段によって波長の合分波を容易に行うことができる。

また、マルチコアファイバ結合装置１００Ｃにおいて、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄから射出／入射される複数のビームの光軸の配列方向（Ｚ軸）が波長分散素子３０によって各ビームが分光される分光方向（Ｘ軸）と異なっている。このため、マルチコアファイバ結合装置１００Ｃによれば、波長分散素子３０によって各ビームの波長が分散等しても、分散された波長間でのクロストーク等の発生を抑制することができる。
（第５実施形態）

次に、本発明の第５実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置について、図７を参照しつつ説明する。

図７に示すように、本実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置は、上述した各実施形態に係るマルチコアファイバ結合装置１００等とは、一体化部材Ｌ３を備えている点で異なっている。この一体化部材Ｌ３は、第１の光学系Ｓ１を構成するレンズＬ１と第２の光学系Ｓ２を構成するレンズＬ２とを一つの光学部品として一体的に構成し、第１の光学系Ｓ１と第２の光学系Ｓ２との相対位置を一定に保持するための部材である。この一体化部材Ｌ３は、一方の端面Ｌ１ａがマルチコアファイバ１０に光学的に結合され、他方の端面Ｌ２ａが波長分散素子３０に光学的に結合される。

なお、この一体化部材Ｌ３を変形して、第１の光学系Ｓ１（Ｌ１）と第２の光学系Ｓ２（Ｌ２）との間に空気が介在するように変形してもよいし、第１の光学系Ｓ１（Ｌ１）と第２の光学系Ｓ２（Ｌ２）との間に他の透光性材料が介在するように変形してもよい。第１及び第２の光学系Ｓ１，Ｓ２の間を透明性材料からなる中実部材とする場合、第１及び第２の光学系Ｓ１，Ｓ２と透明性材料からなる中実部材とを一体成型することも可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。たとえば、上述した実施形態においては、マルチコアファイバから射出された光をシングルコアファイバに入射する結合装置として説明しているが、それとは反対に、シングルコアファイバから射出された光をマルチコアファイバに入射する結合装置として利用することもできる。

また、上述した実施形態では、本発明の光学装置をシングルコアファイバに結合する場合や波長選択スイッチとして用いた場合について説明したが、図８に示されるように、光学装置１００を波長ブロッカに適用してもよい。図８に示される反射型の波長ブロッカ２１０では、波長選択スイッチ２００における空間変調素子５０に代えて、２次元的に広がる遮蔽素子アレイ６０を波長分散素子３０に対面して配置する。波長ブロッカ２１０は、互いに平行な光軸を有する複数の光入出射部を有する光素子であるマルチコアファイバ１０を備え、複数の光入出射部であるコア１０ｂ〜１０ｄは波長多重信号光を入出力するＩｎ／Ｏｕｔ１〜３を構成する。

マルチコアファイバ１０のコア１０ｂ〜１０ｄからそれぞれ入射されてマルチコアファイバ結合装置１００Ｃから射出されるビーム（波長多重信号光）が波長分散素子３０で分光されて、所定波長成分信号が集光レンズ４０を介して遮蔽素子アレイ６０に照射される。遮蔽素子アレイ６０は電気的に駆動することによって、所定の位置における光成分を除去できる作用を奏するものであり、例えば偏光子、液晶素子、ミラーの組み合わせなどによって実現される。

なお、上記の例では反射型の波長ブロッカ２１０を一例として示したが、透過型の波長ブロッカを構成することも可能である。この場合には、反射型の波長ブロッカ２１０を遮蔽素子６０を中心に、左右対称に構成するようにすればよい。このとき、窓６０ａ〜６０ｃの後方には反射ミラーが配置されていない。そして、左側に構成された入力側光学系（マルチコアファイバ１０（コア１０ｂ〜１０ｄ（Ｉｎ１〜３））、マルチコアファイバ結合装置１００、波長分散素子３０からなる）から入力された光のうち、入力した波長多重成分光から除去したい所定の波長成分光に対応する窓の遮蔽率を高めてブロックするようにする。また、当該窓６０ａ〜６０ｃの窓の液晶を、その光が透過可能な偏光状態に変更すれば、当該透過光は入力側光学系と同様の構成を有する出力側光学系に入射され、出力側の波長分散素子３０によって合波され、第１の光学系Ｓ１を通して、マルチコアファイバ１０における対応するコア１０ｂ〜１０ｄ（Ｏｕｔ１〜３）に入射する。このようにして、所定の波長多重成分光から、所定の波長成分光が除去された波長多重成分光を得ることができる。

また、上述した実施形態では、マルチコアファイバ１０のコア１０ｂ〜１０ｄの数およびシングルコアファイバ２０の本数を３つとして説明したが、これに限られる訳ではなく、必要に応じて増減することが可能である。例えば、上述の例ではコアが一次元配列したマルチコアファイバを示したが、図９に示されるように、二次元配列した７つのコア１０ｅ〜１０ｋを備えたマルチコアファイバ１０Ａを用い、これに対応するシングルコアファイバを７つにした際に、本実施形態のマルチコアファイバ１０等を用いてももちろんよい。このとき、各コアが波長分散素子の分光方向と非平行な方向に配置されることが好ましく、例えば図示するように分光方向（Ｘ１，Ｘ２方向）には唯一のコアのみが存在していることが好ましい。

さらに、上述した各要素の具体的な寸法や材料も、必要に応じて設計変更することができる。また、互いに平行な光軸を有する複数の光入出力部を有する光素子としては１つのファイバに複数のコアが含まれるマルチコアファイバを例示したが、単一のコアを有する複数のファイバを一次元的にアレイ状に配置したファイバアレイや、単一のコアを有する複数の光ファイバを束ねて、コアが二次元的に配置されるようにしたファイババンドルや、複数の発光部や受光部が二次元的に配置された光素子（例えばＶＣＳＥＬアレイ、ＰＤアレイなど）を上述したマルチコアファイバ１０と同様のものとして上述した実施形態に適用することも可能である。なお、第２の光学系Ｌ２にＧＲＩＮレンズを用いてもよい。その他、波長分散素子としてはアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を採用しても良い。

また、上述した実施形態では、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄに対して入出射される複数のビームの光軸の配列方向が波長分散素子３０によってビームが分光される分光方向と異なるようにするために、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄが波長分散素子３０の分光方向と非平行な方向に配置されるように第１の光学系Ｓ１とマルチコアファイバ１０とが結合されていた。しかしながら、マルチコアファイバ１０の複数のコア１０ｂ〜１０ｄに対して入射出する複数のビームの光軸の配列方向が波長分散素子３０によってビームが分光される分光方向と異なるように波長分散素子３０に入出射する複数のビームの空間座標を曲げるミラーを上記結合装置の何れかが備える構成であってもよい。このようなミラーは、例えば、第２の光学系Ｓ２と波長分散素子３０との間であって、複数のビームの光路上に配置される。

１０…マルチコアファイバ、１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…コア、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…シングルコアファイバ、３０…波長分散素子、５０，５０Ａ，５０Ｂ…ミラー、６０…遮蔽素子アレイ、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…マルチコアファイバ結合装置、Ｓ１…第１の光学系、Ｓ２…第２の光学系。

Claims (18)

1. 互いに平行な光軸を有する複数の光入出力部を有する光素子を波長分散素子を介して他の光学部品に結合する光学装置であって、
   前記光素子の複数の前記光入出力部に対して入出射される複数のビームの光軸上に位置し、前記各ビームの光軸を、互いに平行と異ならせることにより、前記波長分散素子側において互いに離間した状態とする第１の光学系と、
   前記第１の光学系と前記波長分散素子との間に位置し、前記第１の光学系側において互いに平行と異なる状態である前記複数のビームの光軸を前記波長分散素子側において互いに略平行な状態とする第２の光学系とを備え、
   前記第２の光学系を通過後のビームを前記波長分散素子に導入し及び／又は前記波長分散素子からのビームを前記第２の光学系へ入射させることを特徴とする光学装置。
2. 前記第２の光学系を通過するビームが複数あり、前記複数のビームのうち少なくとも２つのビームが前記波長分散素子に導入されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第２の光学系は、前記第１の光学系により互いに離間した状態とされた前記複数のビームの各々を空間的に分離させて前記波長分散素子に入射させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記光素子の複数の前記光入出力部に対して入出射される複数のビームの光軸の配列方向が前記波長分散素子によってビームが分光される分光方向と異なっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光学装置。
5. 前記光素子の複数の前記光入出力部が前記波長分散素子の分光方向と非平行な方向に配置されるように前記第１の光学系と前記光素子とが結合されることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記光素子の複数の前記光入出力部に対して入射出する複数のビームの光軸の配列方向が前記波長分散素子によってビームが分光される分光方向と異なるように前記波長分散素子に入出射する複数のビームの空間座標を曲げるミラーを更に備え、当該ミラーが前記複数のビームの光路上に配置されてことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
7. 前記光素子は、複数の前記光入出力部の光軸間隔が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光学装置。
8. 前記光素子は、複数の前記光入出力部の光軸間隔が５０μｍ以下のマルチコアファイバであることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光学装置。
9. 前記第１の光学系が単眼レンズであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光学装置。
10. 前記第２の光学系が複数の光学要素で構成される複眼レンズであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光学装置。
11. 前記第２の光学系は、前記第１の光学系により互いに離間された前記複数のビームをコリメートするコリメートレンズを含み、前記波長分散素子に入射される複数のビームのそれぞれが略コリメートビームであることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の光学装置。
12. 前記第２の光学系の収差が補正可能であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の光学装置。
13. 前記第２の光学系の一部分は、前記他の光学部品との相対位置が他の部分と変えられており、前記第２の光学系の収差が補正されていることを特徴とする請求項１２に記載の光学装置。
14. 前記第１及び第２の光学系が一つの光学部品として一体的に構成されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の光学装置。
15. 前記第１及び第２の光学系の少なくとも一方がＧＲＩＮレンズであることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の光学装置。
16. 請求項１〜１５の何れか一項に記載の光学装置を含む光合波器又は光分波器。
17. 請求項１〜１５の何れか一項に記載の光学装置を含む波長選択スイッチであって、
    複数の前記光入出力部は、少なくとも一つの入力ポート及び出力ポートを含み、
    前記他の光学部品は、所定の波長成分信号光を所定の前記出力ポートに偏向して結合させる空間変調素子であることを特徴とする波長選択スイッチ。
18. 請求項１〜１５の何れか一項に記載の光学装置を含む波長ブロッカであって、
    複数の前記光入出力部は、少なくとも一つの入力ポート及び／または出力ポートを含み、
    前記他の光学部品は、所定の波長成分信号光を遮蔽する遮蔽素子である、ことを特徴とする波長ブロッカ。

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